ВОДНЫЙ РАСТВОР НИТРАТА НАТРИЯ КАК АККУМУЛЯТОР ХОЛОДА

Мурачев А.М., Гребёнкин А.А.

Научные руководители – Жогальский А.Н., к.х.н., доцент; Зыльков В.П., к.т.н., доцент

Могилевский государственный университет продовольствия

г. Могилев, Республика Беларусь

В ряде случае экономически оправданным является применение в системе

производитель–потребитель холода, так называемого аккумулятора холода.

Аккумулятор холода в первую очередь должен обладать высокой теплоемкостью и

теплопроводностью. В большинстве случаев для передачи потребителю

«аккумулированного» холода требуется хладоноситель. Оптимальным решением

данного вопроса является использование одного вещества в качества, как аккумулятора

холода, так и хладоносителя. Проведенный сравнительный анализ водных растворов

неорганических и органических веществ показал, что, на наш взгляд, перспективным

является применение водного раствора нитрата натрия.

Акумулирование холода возможно за счет охлаждения жидкого раствора, а

также его кристаллизации. Проведем сравнительный термодинамический расчет при

стандартных условиях данных способов аккумулирования холода.

В случае жидкого раствора аккумулирование холодавозможно за счет

теплоемкости воды и соли, которые имеют значения С0

р298(Н2Ож) = 75,3 и

С0

р298(NаNО3к) = 93,05 Дж⁄моль·К. В расчета на 1кг 30% раствора нитрата натрия

охлаждение на один градус приводит к аккумулированию 3256,7 Дж холода. Так как

теплота фазового перехода ΔН0

298плавл.(Н2О) = 6020 Дж⁄моль, данное количество

холода обеспечит плавление 9,7 г кристаллов льда. Таким образом, аккумулирование

холода с переводом вещества в кристаллическое состояние значительно более

эффективно, чем охлаждение раствора.

Ранее нами было показано, что эвтектическая точка данной системы

соответствует примерно 30 % раствору с температурой замерзания около –17 ⁰С. При

концентрации соли более низкой, чем эвтектическая происходит вначале

кристаллизация воды до эвтектики, а затем, совместная кристаллизация воды и соли.

Используя диаграмму состояния вода – нитрат натрия, можно рассчитать необходимое

количество аккумулируемого холода и соответствующий ему температурный

интервал.

Вещества, находящиеся в кристаллическом состоянии, уже являются

аккумуляторами холода. На практике это используется для приготовления так

называемых охлаждающих смесей. Нами исследована возможность применения в

качестве охлаждающей смеси кристаллов льда и нитрата натрия. Для этого кристаллы

льда в виде снега и нитрат натрия привели к 0 оС и смешали в эвтектическом

соотношении. Опыт проводили в термостате. В течение примерно 0,5 часа была

достигнута минимальная температура –17,2 оС. При смешивании кристаллов воды и

соли происходит взаимное образование растворов до эвтектической концентрации.

Образование растворов сопровождается, разрушением кристаллических решеток.

Энергию на разрушение кристаллических решеток отдает сама система, что

соответственно приводит к снижению её температуры.

ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ ВОДНОГО РАСТВОРА НИТРАТА НАТРИЯ

А.Н. ЖОГАЛЬСКИЙ, В.П. ЗЫЛЬКОВ, А.М. МУРАЧЕВ

Учреждение образования

«МОГИЛЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРОДОВОЛЬСТВИЯ»

Могилев, Беларусь

На практике часто возникает необходимость в применении теплоносителей и хладоносителей. Температурный интервал применения теплоносителя ограничен его фазовыми переходами (кипение и кристаллизация). Хорошими теплофизическими свойствами обладает вода, но применение её ограничено высокой температурой кристаллизации (0 °С). Для понижения температуры замерзания применяются её растворы с этиленгликолем (антифризы) и неорганическими солями NaCl, MgCl₂, СаСl₂ (рассолы). Антифризы обладают относительно высокой вязкостью и соответственно низкой теплопроводностью. Рассолы по свойствам близки к воде, но входящий в их состав хлорид ион является сильным активатором коррозии. Этот недостаток можно устранить заменив в составе соли хлорид ион на нитрат ион. Окислительные свойства нитрат иона в нейтральной среде невысоки (φ⁰ = +0,01 В).

Нами в качестве объекта исследования выбран водный раствор NаNО₃. В ранее проведенном исследовании была установлена его высокая растворимость в воде и относительно низкая вязкость данных растворов. Целью работы явилось экспериментальное определение влияния концентрации соли на температуры фазовых переходов (кристаллизации) данного смесевого теплоносителя.

Методика эксперимента. Нитрат натрия квалификации ч.д.а. Вода дистиллированная. Контроль температуры приводился термометром с ценой деления 0,1 градуса с интервалом измерения от +20 до –30 ^оС. Охлаждение проводилось в специальной морозильной камере. Для предупреждения переохлаждения раствора ниже температуры кристаллизации, к раствору добавлялись частицы тонкоизмельченного стекла.

В процессе исследования были экспериментально определены кривые охлаждения водных растворов нитрата натрия. Анализ кривых охлаждения позволил установить температуры фазовых переходов. В таблице 1 приведены значения температур замерзания растворов при определенных значениях процентной (ω) и моляльной (в) концентраций нитрата натрия.

Таблица 1 - Температуры фазовых переходов (кристаллизации) растворов нитрата натрия

ω, %	14,9	17,0	19,0	24,5	30,8	35,55	39,6
в, моль/кг	2,05	2,4	2,75	3,8	5,2	5,9	7,7
Tзам. экс., ˚С	-10,6	-11,5	-12,8	-15,3	-17,0	-16,3	-15,8

Из приведенных в таблице экспериментальных данных следует, что характер зависимости температур замерзания от концентрации соли согласуется с диаграммой состояния двойной системы без образования между компонентами системы химических соединений. В области примерно 30 % раствора находится эвтектическая точка. Данные до и после эвтектической точки (в случае графической зависимости это линии ликвидуса) позволяют установить температуры начала кристаллизации отдельных компонентов. В эвтектической точке, которая соответствует температуре замерзания примерно –17 ^оС происходит кристаллизации обоих компонентов раствора.

Расчет по закону Рауля температуры кипения 30 % дает значения +105,2 ^оС. С учетом высокой ионной силы данного раствора температура кипения должна составлять примерно +102,5 ^оС. Таким образом, рабочий температурный интервал применения данного теплоносителя при эвтектической концентрации находится в температурном интервале примерно +90 ÷ –10 ^оС.

Международная научно-техническая конференция «Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии»

Белорусско-Российский университет т.: (+375 222) 26 64 22 ф.: (+375 222) 25 10 91 e-mail: bru@bru.mogilev.by

г. Могилев, апрель 2012 г.

ЗАЯВКА

на участие в международной научно-технической конференции

«Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии»

1. Учреждение образования «МОГИЛЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРОДОВОЛЬСТВИЯ».

2. Жогальский Александр Николаевич, к.х.н., доцент;

Зыльков Владимир Петрович к.т.н., доцент;

Мурачев Артем Михайлович, студент группы НТ-091 УО «МГУП».

4. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ ВОДНОГО РАСТВОРА НИТРАТА НАТРИЯ.

5. Секция 3 технологии получения и обработки новых материалов и покрытий.

6. Жогальский Александр Николаевич, г.Могилев-212029, бульвар Непокоренных д. 55, кв. 4. МТС – 7442259, Vеlсом – 4606907.

Жогальский А.Н

Зыльков В.П

Мурачев А.М.

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Могилевский государственный университет продовольствия»

Выписка из протокола

«___». .2012 года г. Могилев №

заседания научно-технического

совета университета

Председатель – А.В. Акулич

Секретарь – И.А. Сидоркина

Всего членов Совета –

Присутствовали – ___

Повестка дня:

5 Разное

5.1 О рекомендации работ для участия в Республиканском конкурсе научных работ студентов высших учебных заведений Республики Беларусь 2010 года

СЛУШАЛИ: Информацию ответственного за НИРС по университету Нелюбиной Е.В., которая предложила научную работу студентов группы НТ-091 Артема М Мурачева, А.А. Гребёнкина на тему «Водный раствор нитрата натрия как хладоноситель и аккумулятор холода», научный руководитель доцент, к.х.н. Жогальский Александр Николаевич для участия в Республиканском конкурсе научных работ студентов высших учебных заведений Республики Беларусь 2012 года. Тема СНР актуальна. По результатам СНР опубликованы 3 тезиса.

ПОСТАНОВИЛИ: для участия в Республиканском конкурсе научных работ студентов высших учебных заведений Республики Беларусь 2012 года рекомендовать работу на тему «Водный раствор нитрата натрия как хладоноситель и аккумулятор холода», автор студентов группы НТ-091 Артема М Мурачева, А.А. Гребёнкина, научный руководитель доцент, к.х.н. Жогальский Александр Николаевич.

Председатель совета А.В. Акулич

Секретарь И.А. Сидоркина

Бланк в базу регистрация

Секция		химия
ФИО Матвейчук Юлия Владимировна		Статус: выпускник магистратуры Курс: Выпускник магистратуры		Паспортные данные (серия, каким органом и когда выдан, личн. номер, адрес прописки, дата прописки) КВ 1577463 Октябрьский РОВД г. Могилева, 10.03.2009, 4020584М062РВ7 г. Могилёв ул. Кутепова, д.24а, кв. 21, дата прописки 03.07.1992
Специальность 1-31 80 06 «Химия»		Факультет магистратура		Контактный телефон (8029)5491450 (80222)450758
Научный руководитель Жогальский Александр Николаевич к.х.н., доцент
Наименование работы «Технология получения окрашенного, химически активного и инертного оксида цинка из цинксодержащих отходов вискозного производства ОАО «Могилевский завод искусственного волокна»
Кол-во опубликованных статей 3	Кол-во опубликованных тезисов 4		Кол-во актов внедрения в учебный процесс 0	Кол-во актов внедрения в производство 0	Кол-во других документов, под научную значимость работы 1